木质素磁性纳米颗粒的合成及其染料吸附性能的研究

发布时间：2020-04-03 02:40

【摘要】：可溶性有机染料是水污染物的重要组成部分,随着印染工业的快速发展,大量有机染料的排放严重影响了生态环境与人类健康。工业木质素作为造纸工业的副产品,年产量巨大,具有优良的化学性质。将工业木质素转化为染料废水吸附剂,不仅可以实现工业木质素的高附加值利用,同时也可以实现对染料污染的治理。为了使合成的木质素吸附剂具有较高的染料吸附量和高效的分离性能,本研究运用一种改良的共沉淀合成方法,将木质素及胺基木质素修饰于Fe_3O_4纳米颗粒表面,制备得到了木质素及胺基木质素修饰的磁性纳米颗粒(lignin and lignin amine modified magnetic nanoparticles,LMNPs与LAMNPs)。通过SEM,XRD,FT-IR,XRD,TGA,VSM等表征手段,得到了纳米吸附剂的化学组成、物理形貌、热稳定性以及磁学性能等重要基础数据。吸附实验结果表明,LMNPs适合在碱性条件下对阳离子染料亚甲基蓝(MB)进行吸附,MB的吸附去除率可达90%以上;LAMNPs适合在酸性条件下对阴离子染料酸性红73(AS-GR)进行吸附,AS-GR的吸附去除率可达95%以上。同时,根据二者对染料吸附表现出的pH敏感性,选择相反的酸碱条件实现了对吸附染料的脱附以及吸附剂的回收,脱附率分别为50.02%与92.28%。对吸附数据进行模型拟合,结果表明吸附过程均符合Langmuir吸附等温式,且根据模型参数,得到LMNPs对MB的最大吸附量为211.42mg/g,LAMNPs对AS-GR的最大吸附量为176.49mg/g;且二者的吸附动力学过程适用准二级动力学模型。研究结果表明LMNPs与LAMNPs对染料的吸附过程具有吸附量大、分离高效、可循环利用等优点,具有作为染料废水吸附剂的应用前景。
【图文】：

基元,木质素

过分离所得[32]。的结构与性质子结构不同于具有高度规整和重复结构基元的纤维非常复杂，至今科研工作者尚未确切阐明木质素的致力于对天然木质素和人工合成木质素分子模型物详细的木质素结构信息[33-34]。木质素结构研究困难的重复单元，且与纤维素和半纤维素粘结，难以分素。大量研究结果表明，木质素是由三种苯丙烷单网状聚合物。这三种结构基元如图 1-1 所示，分柏醇（coniferyl）和芥子醇（sinapyl）。通过三者之芳香基团可用图 1-1 中简称为 H,G,S 的三种结构表-hydroxyphenyl）、愈创木基（G,guaiacyl）和紫丁香聚合形成的可能的木质素分子结构模型如图 1-2 所

分子结构图,木质素,分子结构,酚羟基

图 1-2 可能的木质素分子结构Figure 1-2 Possible structure of lignin macromolecule根据不同工业木质素的制备方法，所得到的木质素产品在结构和性质上也存在较大差异。碱木质素主要官能团酚羟基、醇羟基、羧基和醚键等，其中化学性质活泼的为酚羟基与羧基。Butler 等[36]首次提出利用非水相电位滴定法测定木质素中酚羟基与羧基含量，测定结果表明随着木质素原料来源不同，酚羟基的质量分数在 2%-8%左右。后续研究中，研究者根据木质素化学性质，提出运用水相电位滴定法测定酚羟基与羧基含量，结果表明随着木质素来源不同，酚羟基质量分数在 2%-12%左右[37]，，而羧基含量在 4%-8%[38-39]。对于硫酸盐木质素来说，硫化反应的发生使得硫酸盐木质素中除了 C、H、O 外还含有 S 元素。薛菁雯等[40]测定出松木硫酸盐木质素中酚羟基和羧基含量与草类碱木质素相近，而高于杨木。而木质素磺酸盐中除具备原本木质素官能团外，还具有磺酸基。由于制浆过程中木质素部分酚羟基发生了磺化反应，使得所得产品中酚羟基百分数下降而磺酸基含量较多[41]。与此同时，木质素磺酸盐中羧基含量也高于碱木质素[42]。大量的亲
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;TB383.1;O647.33

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